TWI551808B

TWI551808B - 太陽光模擬器

Info

Publication number: TWI551808B
Application number: TW102105552A
Authority: TW
Inventors: 下斗米光博; 補永治; 魚岸広太
Original assignee: 日清紡精密機器股份有限公司
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2016-10-01
Also published as: JP2013164354A; KR20140128431A; WO2013122254A1; TW201350729A; CN104205623A

Description

太陽光模擬器

本發明是關於一種用於測定太陽能電池等的光電轉換元件及其面板體的電流電壓特性(以下僅稱作特性)的太陽光模擬器，即使降低太陽光模擬器的光源燈的電壓，也能充分確保測定部位的照度。

太陽能電池作為一種綠色能源，其重要性逐漸得到認同、且需求日增；此外，從大型機器類的動力能源到精密電子機器領域的小型電源等，各種領域的需求也在日增。

在各種領域廣泛使用太陽能電池時，如果該電池的特性、尤其是其輸出特性未被正確測定，會導致使用太陽能電池的儀器出現各種問題。因此，自以往以來，提案使用模擬太陽光照射裝置(以下稱作太陽光模擬器)來測定太陽能電池的輸出特性，並且獲得實用。

在利用所述太陽光模擬器測定太陽能電池的輸出特性時，例如測定了尺寸(有效照射面的大小)在1m×1m平方以上的大型太陽能電池的輸出特性時，光源燈的光量會成為：太陽能電池的中央部位多、太陽能電池的周邊部位少的照度分佈；因此，為了確保進行太陽能電池的輸出測定的太陽光模擬器的有效照射面中的必要照度，以往需要配置多個光源燈。再者，大型的太陽能電池的形狀(外形)各異、長寬不一。例如，當大型太陽能電池的尺寸在1m×4m平方左右時，所使用的太陽光模擬器需要配置2根左右、長度約為2000mm的光源燈。

然而，使用氙氣燈作為光源的以往的太陽光模擬器中，使多個氙氣燈發光時，需要根據每個燈分別配置發光電路，從而造成電源裝置在太陽光模擬器內的佔有空間增大、最終導致裝置整體大型化。

另外，在一台太陽光模擬器內使用多個氙氣燈、並且每個氙氣燈分別配置一個發光電路的話，各氙氣燈的照射光量會隨時間變化(產生差異)，如何使投射在大型的太陽能電池上的有效照射面的照度均勻化，目前的情況是非常困難的。

此外，在使用單一發光電路使單一光源燈發光的太陽光模擬器中，作為發光電路的電源而使用的電容器的選定，具有相應的耐壓性能是必要的條件，但是，滿足這樣的耐壓條件的市售電容器的電容量一般在數μF~數十μF左右。因此，所述市售電容器在使用時，發光時間只能維持1微秒(millisecond)左右。另外，電容器在放電時，由於其電壓是根據電容器的放電曲線而變動的，氙氣燈的發光光量又隨電壓的變動而變化，因而無法獲得穩定的光量。因此，在測定太陽能電池的輸出特性時，現行方法一般是對作為測定對象的一個太陽能電池進行數十次~130次左右的發光，來測定其輸出特性。在這種情形下，使多個光源燈發光來測定大型的太陽能電池的輸出特性時，照度的均勻化將會更加困難，現實中甚至無法實現。

在進行響應性慢的太陽能電池的輸出測定時，需要將光源燈的發光時間調節到數百微秒至數秒。執行這樣的長時間發光的發光電路，為了長時間發光，將其主放電的電壓供給源構成為大型、大容量的電源。然而，光源燈例如氙氣燈，如果其放電電極間的距離達到1000mm左右時，則需要2000V~3000V左右的電位；而且，在主放電時其電流可達30A左右，滿足這樣的高電位、大電流規格的電源需要是60KW~90KW左右的大型電源。當太陽能電池是大型的，需要使多個發光燈發光來測定其輸出特性時，將會使以往的發光電路中的電源裝置變得龐大。其結果是，導致太陽光模擬器的大型化，造成裝置成本增加的問題。

和上述類似的以往技術，已知：記載在專利文獻1等中，但是均具有上述同樣的問題。

此外，從氙氣燈發出的光，會被太陽光模擬器的內壁部或內部的部件吸收，從而造成無法有效照射到被測定物的太陽能電池的問題。這個問題又會使得：用於測定大型太陽能電池的輸出特性的太陽光模擬器的電源裝置變得龐大。

專利文獻1：特公平6-105280號公報

鑒於上述現有技術中的問題，本發明的目的在於提供一種太陽光模擬器，來自光源燈的發光的光能夠有效地照射到被測定物即太陽能電池，從而可以降低光源燈的電壓，減少光源燈的數量，以及實現光源燈的電源裝置的小型化。

為了解決上述問題，第1發明的太陽光模擬器，通過點亮光源燈、使所述光源燈發光的光透過光學濾光器後照射到被測定物，而測定被測定物的輸出特性。太陽光模擬器的光源燈以及光學濾光器設置在框體的內部。框體的內壁部的全部或一部分，黏貼或安裝了具有高反射率的薄膜狀片材。以下，本發明中的具有高反射率的薄膜狀片材，可以是具有柔軟性的片狀材料，也可以是不具柔軟性的片狀材料。

根據第1發明的太陽光模擬器，由於太陽光模擬器的框體內壁的全部或一部分上黏貼或安裝了具有高反射率的薄膜狀片材，光源燈的發光即使照射到太陽光模擬器的內壁上，也會被高反射率的薄膜狀片材反射而不被吸收，從而有效地照射到作為太陽光模擬器的被測定物的太陽能電池上。因此，和現有結構的太陽光模擬器相比，電源燈的施加電壓值能減少約20%~30%，從而削減光源燈的電源裝置的電力消耗，使電源裝置小型化成為可能；此外還能減少光源燈的設置數量(根數)，從而簡化太陽光模擬器的控制裝置，降低成本。

第2發明的太陽光模擬器，通過點亮光源燈、使其發光透過光學濾光器後照射到被測定物上，測定被測定物的輸出特性。太陽光模擬器的光源燈以及光學濾光器設置在框體的內部，框體內壁的全部或一部分上以及框體內部的反射板上黏貼或安裝了具有高反射率的薄膜狀片材。

根據第2發明的太陽光模擬器，由於太陽光模擬器的框體內壁的全部或一部分上以及框體內部的反射板上黏貼或安裝了具有高反射率的薄膜狀片材，從而更顯著實現第1發明的效果。

第3發明的太陽光模擬器基於第1發明或第2發明之上，其特徵在於：設置在框體內部的光源燈是單個的。

根據第3發明的太陽光模擬器，由於光源燈的發光光可以有效地照射到被測定物上，因此可以將光源燈的設置根數減少到一根，從而簡化裝置的結構。和設置有多根光源燈的現有裝置相比，光源燈減少到一根後，可以簡化裝配被測定物使照度均勻的調整作業，同時可以簡化控制方式。從而可以大幅降低裝置成本。

1‧‧‧光學濾光器

2‧‧‧光源燈

2a‧‧‧燈安裝用托架

3~7、9~10‧‧‧反射板

8‧‧‧丙烯板

11‧‧‧基準單元

A‧‧‧太陽能電池

F、F1~F5‧‧‧框體

S‧‧‧片材

T‧‧‧端子盒

X、Y‧‧‧方向

圖1是表示本發明中太陽光模擬器一例的平面圖。

圖2是表示沿圖1中X方向的正面所視剖面圖。

圖3是表示圖2的左側剖面圖。

圖4是表示圖2的右側剖面圖。

圖5是表示沿圖1中Y方向的正面所視剖面圖。

以下，根據附圖，對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示本發明的太陽光模擬器的一例的平面圖。圖2是表示沿圖1的X方向的正面所視的剖面圖。圖3是表示圖2的左側剖面圖。圖4是表示圖2的右側剖面圖。圖5是表示沿圖1的Y方向的正面所視的剖面圖。

<1>本發明的太陽光模擬器的結構

在附圖中，F表示大致呈箱狀的框體，1表示光學濾光器(Optical filter)，2表示光源燈(氙氣燈等)。光源燈安裝在直立設置的燈安裝用托架(bracket)2a上、且位於框體F內部的光學濾光器1的下方。在本實施方式的說明中，光源燈2設置了一個。本發明的太陽光模擬器，在測定具有2m×3m左右的尺寸的被測定物、即太陽能電池時，光源燈可以只設置一個。

3、4、5、6、7表示在框體內部的光學濾光器1的下方設置的反射板。如圖2所示，3、4是沿框體F3、F4的寬度方向而傾斜設置在框體的下部的反射板；5是設置在框體內部的底面(和框體F5相當的部分)的反射板；6、7是設置在框體內部的內側側面(和框體F1、F2相當的部分)的反射板。8是設置在框體F的上部、安裝後作為頂板的丙烯(acrylic)板。A是配置在丙烯板8的上部、作為被測定對象的太陽能電池。並且，在光學濾光器1的適當的場所，設置有遮光(masking)部件(光量調整部件) (圖中未作標記)。通過此遮光部件，可以對照射到太陽能電池A的照度不均處進行調整，而使照度均勻。再者，11是安裝在框體F上部內側的邊緣的測定照度用的基準單元(Reference cell)。基準單元在調整太陽光模擬器時使用。此外，在本發明的太陽光模擬器中，還設置有用於控制光源燈的照度以及點亮週期等的控制裝置及電源裝置(未圖示)。

在本發明中，在框體F內部的光學濾光器下方的框體F內壁部以及反射板3、4、5、6、7上，黏貼或安裝了具有高反射率的薄膜狀片材(以下，簡稱為片材S，詳情後述)。黏貼或安裝了此高反射率的片材S的位置，在圖式中用符號S或(S)標記。片材S的黏貼或安裝是：可以在與該片材S的反射部分為相反側的面上使用黏著劑或雙面膠等來進行黏貼、或使用螺栓等來進行安裝。黏貼或安裝此高反射率的片材S後，藉此，來自光源燈的發光光即使照射到框體F的內壁部及反射板上也不會被吸收，幾乎完全被反射回來，最終透過光學濾光器1及丙烯板8後，而照射到作為被測定物的太陽能電池A。在本實施方式中，向光源燈施加的燈電壓可以從以往的3000V降低到2600V左右。

利用上述的結構，和以往的太陽光模擬器相比，可以減少來自光源燈的發熱，從而能夠實現延長光源燈、濾光器等光學部件的壽命的效果。此外，還可以簡化設置在太陽能模擬器的吸氣風扇等冷卻裝置的結構。並且，在測定中，由於降低了光源燈以及光源燈發光用的電源裝置的負荷，可消除不必要的燈停止時間(Lamp downtime)，從而可以實現測定時間的縮短。

並且，利用上述結構，光源燈的設置數量可以減少到1個，從而能夠簡化裝置的結構。並且，和設置有多個光源燈的以往的裝置相比較，由於光源燈減少到一個後，可以簡化被測定物的照度的均勻化的組裝時的調整作業，同時可以簡化裝置的控制方式，從而可以大幅降低裝置的成本。

9、10是設置在框體內部的光學濾光器1的上部的內壁的反射板，圖式中用雙點劃線表示。通常，使用的是鋁板等，但也可以黏貼或安裝該片材S，從而能顯著實現本發明的效果。

<2>高反射率的薄膜狀片材

如同圖式所示，在本發明中，框體F的內壁部以及反射板3、4、5、6、7、9、10上黏貼或安裝了片材S。所述片材S是厚度約1mm左右的樹脂製的薄片，該片材S的表面的全反射率為80%~99%。在該片材S的全反射率小於80%的情況，會出現無法降低太陽光模擬器的燈電壓的效果的疑慮。另一方面，使此片材S的全反射率超過99%是很難實現的。並且，本發明中的片材S可以是樹脂片材或具有柔軟性的片狀材料，也可以是不具柔軟性的片狀材料。

並且，所述片材S為：反射率中的大部分是通過將進入片材S內的光線進行反射的擴散反射。因此，和現今所使用的直接反射部件即鋁材相比，由於鋁材對光線進行局部反射，很難確保作為被測定物的太陽能電池A的光均勻性(照度的均勻性)。另一方面，本發明中，片材S主要是擴散反射，因此，可以容易地在一邊保持太陽能電池A的光均勻性(照度的均勻性)的同時，一邊增加光量。因此，在調整本發明的太陽光模擬器時，如果在太陽能電池A上出現局部的照度低的部分的情況，可以通過使用直接反射部件即鋁材，從而實現照度的均勻性。

<3>本發明的太陽光模擬器的使用方法

以下，對具有上述結構的本發明的一個例子的太陽光模擬器的使用方法進行說明。

1)首先，在丙烯板8上配置作為測定對象的太陽能電池A，將從太陽能電池的端子盒T引出的端子和太陽光模擬器的測定探針(端子和測定探針均未圖示)進行連接。

2)通過操作未圖示的控制裝置而開始測定，點亮光源燈2，為了使各燈在測定面獲得必要照度，使用照度測定基準單元11進行監測，且控制來自於燈的電源裝置所供給的電力。

3)通過上述操作獲得必要照度的時點，控制裝置測定來自於太陽能電池A的輸出電流及輸出電壓，且將資料(Data)保存在個人電腦等的電腦內部中。

4)用電腦對必要的資料進行處理後，在顯示器(Display)上顯示太陽能電池A的輸出特性、即I-V曲線圖。

<4>本發明的太陽光模擬器的調整方法

並且，本發明的太陽光模擬器的調整方法，如下所述。

1)亦即，在製作階段，為了使本發明的太陽光模擬器得到照度的均勻性，而安裝光源燈2或在框體F內部黏貼或安裝有片材S的反射板3~7，再者，由於作為測定對象的太陽能電池A對斜射光線及散射光線具有大致相同的感度，因此，不特別限制於平行光線，而成為能夠測定。

2)將作為基準的小型的太陽能電池AR(太陽能電池單元)在照射面的各區域進行順次移動的同時，測定光源燈在各區域用同一照度照射時的從太陽能電池A產生的電力，確定每個區域的明暗度，在光學濾光器1的上面適當配置遮光部件(光量調整部件)，將和作為被測定物的太陽能電池A相當的部分的照度調節均勻。

3)更換光源燈2時，使光源燈點亮，通過基準單元11測定此時的照度，將該測定的資料和預先保存在電腦內的作為基準的資料進行比較，而檢測出燈的特性，且計算出在測定時需要提供給各燈的電力值。

並且，在本發明實施方式的說明中，如圖1至圖5所示，光源燈設置在太陽光模擬器的框體內的下方，光源燈的發光光透過在其上方的光學濾光器後，照射到配置在框體上部的丙烯板上的被測定物、即太陽能電池，而對太陽能電池的輸出特性進行測定，對於此實施方式的裝置進行了說明。但是，本發明並不局限於此，在作為被測定物的太陽能電池的上方設置光源燈，進而在作為被測定物的太陽能電池和光源燈之間設置光學濾光器而構成的裝置，同樣適合本發明。